基于嵌入式开发的智能医药箱设计与实现-AET-电子技术应用

基于嵌入式开发的智能医药箱设计与实现

2016年微型机与应用第14期

宋承翰，刘博，刘斌，李瑞芳

（武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉 430070）

摘要： 由于生活压力增大，越来越多慢性疾病出现。经调查统计,近40%的人需要长期服用某几种药物，其中老年人居多。在病人服药过程中发现了诸多用药问题，如不按时吃药、吃错药等。设计了一款智能医药箱系统，系统包括储药模块、触摸显示屏、语音播报模块、蓝牙手环、一键应急模块。系统具有协助病人按时用药、正确用药的功能，系统功能实用，结构简单，具有很大实用价值。

关键词： 单片机智能医药箱语音播报蓝牙手环

Abstract：

Key words :

　　宋承翰，刘博，刘斌，李瑞芳

　　（武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉 430070）

　　摘要：由于生活压力增大，越来越多慢性疾病出现。经调查统计,近40%的人需要长期服用某几种药物，其中老年人居多。在病人服药过程中发现了诸多用药问题，如不按时吃药、吃错药等。设计了一款智能医药箱系统，系统包括储药模块、触摸显示屏、语音播报模块、蓝牙手环、一键应急模块。系统具有协助病人按时用药、正确用药的功能，系统功能实用，结构简单，具有很大实用价值。

　　关键词：单片机；智能医药箱；语音播报；蓝牙手环

0引言

　　随着人们生活节奏的加快，生活压力增大，生活习惯越来越不健康，高血压、糖尿病、骨质疏松等慢性病越来越多，大部分人的身体处于亚健康状态。经过在学校周围实地调查，统计出大约40%的人需要长期服用某种药物或者几种药物。同时，由于生活节奏加快，工作繁忙，导致人们缺乏足够的精力和时间来关心自己的身体，忘记吃药、吃错药的现象屡见不鲜，这就更加导致了人们身体状况的恶化。经调查发现，该问题集中体现于以下几点：（1）多数病人，尤其是老年人，患有多种疾病，平时药物种类繁多，各类药物的服用时间多有错开，加上工作繁忙，记忆力衰退等因素，经常出现未按时服药，在错误时间服药，服用药物的种类、剂量出现差错等问题；（2）许多家庭在药品存放上不重视，产生了药物过期、受潮、霉变等问题，服用这些问题药物，轻则出现身体不适，重则发生医疗事故，危及生命；（3）老年人由于子女不在身边，又不擅长使用智能设备，与子女联系不便，当药品用完时，得不到及时的补充，当身体出现紧急状况时，亦不能及时呼救，错过最佳抢救时间。

　　为解决以上问题，本文研制了一款集成了药物信息储存、定时提醒、语音播报、紧急呼救等功能的智能医药箱系统，对于解决病人用药问题具有十分重要的现实意义。

1系统总体设计

　　系统力求人性化的操作体验，以期达到如下效果：大屏幕的触摸输入和显示，简单实用的图形界面，良好的药物存放环境，可靠的定时提醒、语音播报、一键呼救等。

　　系统在各模块功能设计上做了如下规划：

　　（1）系统在设计上分为两个主要部分：医药箱主体［13］（以下简称其为主机）和配套蓝牙手环［45］（以下简称其为从机）。

　　（2）主机与从机可采用一对多的配对方式，方便多人使用。

　　（3）主机具备的功能有：适宜的药物存储环境；大屏幕触摸输入和显示；药物信息（包括药物名称、用药量、用药时间等）存储；定时语音播报；蓝牙控制手环等。

　　（4）从机具备的功能有：在近距离范围内（规定为18 m）稳定接收主机发来的用药信息，并对用户进行多次提醒，确保准时用药；一键呼救。

　　系统引导用户在触摸屏上输入用药信息，并自动进行存储和显示，内置的RTC实时时钟模块与输入的用药时间进行比较，当到达设置的用药时间时，向用户佩戴的蓝牙手环发送指令，手环振动，提示吃药，用户在按下药箱上对应的“停止提醒”按键后，主机停止向手环发送提醒信息，并语音播报该时间点该服用的药物信息，用户根据语音信息拿取相应的药物。另外，为应对紧急情况，本系统还加入了一键呼救模块，按下紧急呼救键时会向指定的监护人号码发送呼救信息，争取宝贵的抢救治疗时间。系统的整体结构如图1所示。

2系统框架设计及算法

　　2.1显示界面的设计

　　为实现人性化的操作体验，对触摸屏的显示界面作了如下规划：主菜单界面可以选择添加药物信息、查看药物信息、设置系统时间、查看闹钟信息、绑定手机号码5个主要的功能选项虚拟键，通过点击相应虚拟键可以进入相应的界面进行各项操作；主菜单界面可以实时显示系统时间和预执行闹钟时间（即下次服药时间）；添加药物信息界面用来实现各类药物信息的输入；查看药物信息界面可用来查询已添加的各类药物信息；设置系统时间界面用来初始化或校正系统时间；查看闹钟信息以方便用户查询所有服药的时间和种类；绑定手机号码界面可以用来输入监护人的手机号码。显示界面规划图如图2所示。

　　2.2定时提醒策略

　　实际情况中，考虑到各种药物设置的服药时间次数不同，有些药物未设置服药时间以及不同药物设置的某次服药时间相同，在定时提醒时容易造成提示的时间混乱。为很好地解决以上问题，本文构思了一种定时提醒策略。

　　（1）初始化。定义n组闹钟变量，每组变量由小时变量和分钟变量组成，初始值均为零，每组闹钟还对应存储着该时间对应的药物信息，此处不予给出。闹钟变量结构如下。

　　Ai=（Hi,Mi）,i=0,1,2,…，n-1

　　其中，Ai为第i组闹钟变量，Hi为该组闹钟变量中的小时变量，Mi为该组闹钟变量中的分钟变量。

　　（2）数据输入。用户通过触摸屏输入各类药物的信息，将其中的服药时间赋值给对应的小时变量Hi和分钟变量Mi，未赋值的变量仍为初始值零。考虑到小时变量和分钟变量值均为0时，对应着时间为凌晨零点，此时人体应处于休息阶段，不会在该时段服药，当闹钟在该处响应时，不作任何事件处理。

　　（3）数据处理。将n组变量按照递增次序重新排序，得到n组新的闹钟变量，其结构如下。

　　A′i=（H′i，M′i），i=0,1,2,…，n-1

　　其中，A′i为重新排序后的第i组闹钟变量，H′i为该组闹钟变量中的小时变量，M′i为该组闹钟变量中的分钟变量。

　　（4）得出预执行闹钟值。将RTC实时系统时间与各组排序后的闹钟变量比较，即可得到即将要执行的闹钟时间。

　　Kn+1=（A′0，A′1，…，A′j-1，C，A′j，…，A′n-1）

　　C=（Ch，Ci）

　　其中，C为系统时间，Ch为其小时值，Ci为其分钟值，则A′j为即将要执行的闹钟值。触发闹钟后再次重复以上步骤，可得下一组要执行的闹钟值。

　　例如，取n=3（此处为简化说明），只输入2组闹钟值，分别为8:00和17:30，则此时A0=（8,0），A1=（17,30），A2=（0,0），排序后得A′0=（0，0），A′1=（8，0），A′2=（17，30），当系统时间为7：00，即C=（7，0）时，预执行闹钟为A′1=（8，0），即将要服药的时间为8:00。

3系统模型及实验结果

　　基于以上设计思想，本文研制了一种智能医药箱的系统模型，主机和手环均采用STM32芯片；主机设置4个药盒，最多可同时存储4种药物信息；采用语音模块进行语音播报［67］；采用SIM900A无线通信模块与手机通信；主机和手环采用HC05蓝牙模块通信［89］；设计一键呼救模块［10］。本文设计了两个实验，验证系统的功能。

　　3.1主机与手环的蓝牙通信稳定性以及通信质量

　　把主机和手环放置于不同距离的位置上，测试其在各距离处能否接收到信息、接收延迟时间和断电重启配对时间。测试结果见表1。